Детали передач. Передача вращения и различных видов движений в станках от одного механизма или узла к другому осуществляется с помощью валов, осей и муфт.
Валы служат для передачи вращающего момента отдельным узлам станка. Детали станка (зубчатые колеса, шкивы, муфты)
устанавливаются на валах при помощи шпонок, шлицевых соединений и другими способами. Для монтажа передвижных блоков зубчатых колес и сцепных муфт используются четырех — и шестишлицевые валы (рис. 55).
Валы, передающие значительные крутящие моменты, обычно монтируются на подшипниках качения, тихоходные и малона — груженные — в бронзовых или- чугунных втулках.
Для передачи движения подвижному узлу, например суппорту токарного станка, используются ходовые валы. Их длина в крупных станках достигает десяти и более метров. Выбор мар
|
Рнс. 55. Четырехшлицевыи вал с блоком зубчатых колее |
ки стали для изготовления валов зависит от величины его максимальной нагрузки. Для средненагруженных валов применяют сталь 40. Диаметр вала рассчитывается по формуле
где N — передаваемая мощность, квт п — число оборотов вала в минуту.
Оси в отличие от валов крутящие моменты не воспринимают, а служат только для поддержания деталей. Примером осей являются пальцы, на которые надеваются промежуточные шестерни в механизмах реверсирования.
Муфты служат для соединения валов между собой, а также валов с смонтированными на них деталями. Для соединения валов, которые во время работы не разъединяются, применяются постоянные муфты. На рис. 56, а показана постоянная муфта, соединяющая два соосно установленных вала.
Если монтаж соединяемых валов ведется без соблюдения их строгой соосности, то в этом случае используют упругие муфты. В металлорежущих станках чаще всего соединение валов производят сцепными муфтами — кулачковыми (рис. 56,6) и зубчатыми, допускающими периодическое соединение и разъединение валов. В качестве сцепных муфт часто используются соответственно обработанные торцы соединяемых зубчатых колес.
Недостатком зубчатых и кулачковых муфт является невозможность их включения на ходу. Поэтому в тех случаях, когда соблюдение этого условия обязательно, применяют фрикционные муфты (рис. 56,в).
Для устранения последствий возможной перегрузки какого — либо механизма станка на ведущем валу этого механизма ставят предохранительную муфту. На рис. 56, г показана муфта со шпилькой. Диаметр шпильки 1 рассчитывается так, чтобы при превышении предельно допустимого крутящего момента шпилька срезалась.
На рис. 56,д показана пружинно-шариковая предохранительная муфта (в разомкнутом состоянии), которая автоматически восстанавливает нарушенное соединение валов, когда передаваемый крутящий момент снижается до установленного предела.
В механизмах ускоренной подачи при холостом ходе применяют муфты обгона (рис. 56,е). Вал 1 муфты жестко связан с храповым колесом 2. Диск 3 через собачку 4 и храповое колесо 2 вращает вал 1 с определенной скоростью.
При ускоренной подаче вал получает через сидящее на нем зубчатое колесо (на рисунке не показано) скорость вращения, превышающую скорость вращения диска, но благодаря наличию собачки диск отстает от вала и не мешает его ускоренному вращению в ту же сторону.
Ременные передачи. Ременные передачи используют в станках для передачи вращения при значительном расстоянии между центрами валов.
Ременные передачи имеют ряд достоинств, заключающихся в простоте и дешевизне их изготовления, плавности и бесшумности работы, эластичности, смягчающей влияние колебания нагрузки. Недостатком ременной передачи является увеличенная радиальная нагрузка на валы и опоры, непостоянство передаточного отношения вследствие проскальзывания и нарушение нормальной работы при попадании на ремни масла.
В ременных передачах применяются плоские и клиновидные ремни. В плоскоременных передачах шкивы имеют цилиндрическую или немного овальную поверхность, а в клиноременных— шкивы выполняются с проточенными канавками (ручьями) , сечение которых соответствует сечению ремня.
Передаточное отношение ременной передачи равняется:
iii _ D2
где П —число оборотов ведущего вала; п2 —число оборотов ведомого вала; D] —диаметр ведущего шкива;
D2 — диаметр ведомого шкива.
в)
Рис. 56. Муфты:
а—постоянная, б—-кулачковая.
в—фрикционная, г—предохрани-
тельная со шпилькой, д—пру-
жинно-шариковая, е—муфта об-
гона
|
Рис. 57 (продолжение). Ьиды передач: ж—винтовая шариковая, з—фрикционная |
Если на ведомом валу требуется получить несколько различных чисел оборотов, то пользуются многоступенчатыми шкивами. Плоские ремни бывают кожаные, прорезиненные и текстильные.
В производстве применяются как цельные (бесшовные), так и сшивные ремни. При передаче клиновыми ремнями значительной мощности используют шкивы с несколькими ручьями (рис. 57,а).
В процессе работы ремни постепенно вытягиваются и начинают проскальзывать. Чтобы избежать этого, требуется периодически восстанавливать натяг ремней. Одним из способов натяжения ремней является перемещение электродвигателя на салазках для увеличения расстояния между валом двигателя и ведомым валом.
Более надежным является натяг ремней с помощью натяжных устройств с роликом (рис. 58). В этом случае натяг осуществ
ляется путем соответствующего поворота кронштейна 2, закрепляемого затем винтом /. В некоторых натяжных конструкциях натяг поддерживается пружиной.
Каждый тип ремней рассчитан на определенную окружную скорость. В станкостроении приняты следующие пределы окружных скоростей ремней: для прорезиненных сшитых ремней — 25 м/сек, для кожаных сшитых — 40 м/сек, для клиновых — 30 м/сек, для бесшовных хлопчатобумажных многослойных — до 50 м/сек, для шелковых малослойных — до 75 м/сек.
Цепные передачи. При одной и той же передаваемой мощности цепные передачи имеют меньшие габариты, чем ременные. Поэтому для передачи больших крутящих моментов применяют цепные передачи.
Для механизмов, требующих точных стабильных передаточных отношений, цепная передача непригодна, так как в течение одного оборота передаточное отношение этой передачи может изменяться. Цепная передача неустойчива при резко изменяющихся нагрузках.
В металлорежущих станках применяют в основном втулочно-роликовые (рис. 57, б) и зубчатые бесшумные цепи. Зубчатые цепи отличаются более тихой и плавной работой по сравнению с роликовыми, но их изготовление сложнее и дороже.
Передаточное отношение цепных передач рассчитывается по формуле
»ц. п — — >
«2 *1
где П — число оборотов ведущего вала; п2 — число оборотов ведомого вала;
Z — число зубьев ведущего колеса; г2 — число зубьев ведомого колеса.
Зубчатые передачи. Механизмы с зубчатыми передачами, несмотря на сложность их изготовления и монтажа, широко применяются в металлорежущих станках. Это объясняется тем, что они обеспечивают точное передаточное отношение, компактны и надежны в работе. Исключением является группа шлифовальных станков, в которых использование зубчатых передач ограничено, так как они не обладают нужной эластичностью и бесшумностью при больших скоростях.
Зубчатые колеса бывают прямозубые, косозубые и шеврон
ные. Прямозубые цилиндрические колеса (см. рис. 57,в) применяют при жестких и скользящих соединениях с валом.
Косозубые колеса (см. рис. 57, г) применяют только при жестком соединении с валом. Они обладают плавным ходом и используются для передачи больших крутящих моментов. Недостатком косозубых колес является наличие осевого давления, которое передается на опоры.
Колеса с шевронным зубом также обеспечивают плавность хода, но свободны от указанного недостатка косозубых шестерен.
В передачах используются также конические зубчатые колеса, передающие вращение валам с пересекающимися осями (см. рис. 57,д). Для валов, лежащих не в одной плоскости, иногда применяют винтовые зубчатые колеса.
Передаточное отношение зубчатой передачи определяется по формуле
; _ «і _ *2
*3. п — — »
Пл zx
где Пі — число оборотов ведущего вала;
«2 — число оборотов ведомого вала; z — число зубьев ведущего колеса; z2 — число зубьев ведомого колеса.
Червячные передачи. Если необходимо, чтобы одна пара зубчатых колес имела большое передаточное отношение, применяют червячную передачу (см. рис. 57,е), состоящую из червяка и червячного колеса. Червяки бывают однозаходные и многозаходные.
Передаточное отношение червячной передачи определяется по формуле
_ k
1ч. п — ‘ г Z
где k — число заходов червяка;
2 — число зубьев червячного колеса.
Червячная пара, как правило, работает при обильной смазке, причем масло служит не только для смазки, но и для отвода тепла.
Червяки изготовляются из конструкционной или легированной стали. Червячные колеса для малонагруженных передач (при окружной скорости червяка меньше 3 м/сек) изготовляют из чугуна; для более нагруженных передач червячные колеса выполняют из бронзы.
Винтовые передачи. Винтовые передачи главным образом применяются в механизмах подач и механизмах установочных движений. Механизмы с винтовыми передачами предназначены для преобразования вращательного движения в поступательное. Эти передачи обеспечивают высокую точность и плавность хода.
Винтовые механизмы выполняются:
а) с вращающимся винтом и перемещающейся поступательно или неподвижной гайкой. Например, в токарных станках ходовой винт вращается, а гайка движется (вместе с суппортом) поступательно;
б) с вращающейся гайкой и перемещающимся поступательно винтом. Например, в механизме подъема и опускания шлифовальной бабки некоторых плоскошлифовальных станков.
Ходовые винты обычно имеют трапецеидальную резьбу и лишь в отдельных случаях прямоугольную.
Ходовые винты изготовляют большей частью из конструкционной стали, а гайки к ним — из оловянистой бронзы. В менее ответственных случаях для гаек используют антифрикционный чугун.
Винтовые передачи характеризуются большими потерями на трение. В настоящее время начинают применять шариковые винтовые механизмы, в которых трение скольжения заменено трением качения.
На рис. 57,ж показан шариковый винтовой механизм, отличающийся высоким коэффициентом полезного действия. Винтовая канавка гайки 2 заполнена шариками 3. При вращении шестерни 4, соединенной шпонкой 5 с гайкой, продольное движение винта 1 осуществляется в условиях трения качения. Этой же цели служат радиально-упорные шарикоподшипники 6, установленные в корпусе 7.
Фрикционные передачи. Устройства, в которых для передачи вращения используется сила трения, называются фрикционными передачами.
В приводе шпинделя некоторых станков применяется фрикционный механизм бесступенчатого регулирования скорости шпинделя (см. рис. 57,з).
Вал / с диском 1 является ведущим, а вал II с диском 2 — ведомым. Между ними помещен ролик 3. Под действием пружины оба диска прижимаются к ролику, который передает вращение от диска 1 диску 2. Сила, прижимающая диски к ролику,
где Р — максимальное окружное усилие на диске 2; f —коэффициент трения ролика по диску; р — коэффициент запаса, предупреждающий буксование передачи (принимается равным 1,6— 2).
Максимальное передаточное отношение рассматриваемого механизма, называемого лобовым вариатором, равно 4, максимальная передаваемая мощность МмаКс=4 кет.
Определить фактическую величину передаточного отношения вариатора можно из уравнения
где П — число оборотов ведущего вала;
П2 — число оборотов ведомого вала;
г — расстояние ролика от оси ведущего диска;
г2 — расстояние ролика от оси ведомого диска;
Ф — коэффициент, учитывающий буксование передачи, равный 0,97.
Недостатком этой передачи являются ее большие габариты и интенсивный износ ролика.
Бесступенчатый привод более совершенной конструкции с применением фрикционной передачи показан на рис. 59. Этот привод применяется в передней бабке круглошлифовального станка ЗД16.
Пара раздвижных конусов 1, смонтированных на ведущем валу, связана стальным кольцом 2 с другой парой раздвижных конусов 3 на ведомом валу. Кольцо 2 имеет с обоих торцов по внутреннему диаметру небольшие фаски (2—2,5 мм), угол которых соответствует углу раздвижных конусов. Эти фаски являются рабочей поверхностью.
Скорость вращения ведомого вала регулируется маховиком 7 и парой конических шестерен 4 и 6. При вращении шестерни 4,
связанной с гайкой, винт 5 раздвигает верхние конусы и одновременно сдвигает нижние, при этом скорость вращения ведомого вала уменьшается. При вращении маховика в обратную сторону скорость вала увеличивается. Ведомый вал связан со шпинделем передней бабки.
Данная передача отличается компактностью и надежностью в работе, поэтому она применяется в приводах многих типов станков.